JP2013048525A - Constant current power supply unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、負荷を定電流で駆動する定電流電源装置に係り、特にPWM制御(Pulse Width Modulation)によるパルス信号(以下、PWM信号と称す)で負荷を駆動する定電流電源装置に関する。 The present invention relates to a constant current power supply device that drives a load with a constant current, and more particularly to a constant current power supply device that drives a load with a pulse signal (hereinafter referred to as a PWM signal) based on PWM control (Pulse Width Modulation).
LED(light emitting diode)は、電流の大きさに応じて色調が変化する特性を有している。従って、LEDを定電流で駆動するが一般的であり、調光制御を行う場合には、PWM信号でLEDをオン/オフ駆動させ、PWM信号のデューティ比によって光量を調整している。 An LED (light emitting diode) has a characteristic that the color tone changes in accordance with the magnitude of current. Therefore, the LED is generally driven with a constant current. When dimming control is performed, the LED is turned on / off with a PWM signal, and the light amount is adjusted by the duty ratio of the PWM signal.
一方、負荷を定電流で駆動する定電流電源装置としてスイッチング電源を用いる場合には、出力電流を検出してフィードバック制御を行う必要がある。上述のようにPWM信号によってLEDを駆動する場合、LEDが点灯期間と消灯期間とを繰り返すことになり、当然ながら消灯期間ではLEDに電流が流れず、出力電流がゼロとしてフィードバックされてしまう。このように、出力電流がゼロとしてフィードバックされると、過剰な電力が供給されすぎてしまうため、フィードバック制御をLEDの点灯期間中に制限させることで、過剰な電力の供給を防止させることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 On the other hand, when a switching power supply is used as a constant current power supply device that drives a load with a constant current, it is necessary to detect the output current and perform feedback control. When the LED is driven by the PWM signal as described above, the LED repeats the lighting period and the extinguishing period. Naturally, no current flows through the LED during the extinguishing period, and the output current is fed back as zero. In this way, when the output current is fed back as zero, excessive power is supplied too much, so it is proposed to prevent excessive power supply by limiting the feedback control during the lighting period of the LED. (For example, refer to Patent Document 1).
特許文献1には、非絶縁方式の昇圧型チョッパー型のスイッチング電源が開示されており、LEDを点灯するON期間はLED動作電流指示値に基づいて動作電流を供給し、LEDを消灯させるOFF期間はLEDと供給電圧をn型MOSトランジスタにて切り離し、且つLED供給電圧源であるスイッチング電源のスイッチング動作も同期してオフさせている。このように特許文献1では、PWM信号に同期させてスイッチング電源をオン/オフ動作させることで、待機時の消費電力を低下させることを行っている。 Patent Document 1 discloses a non-insulated step-up chopper type switching power supply, and an ON period in which an LED is turned on is an OFF period in which an operating current is supplied based on an LED operating current instruction value and the LED is turned off. The LED and the supply voltage are separated by an n-type MOS transistor, and the switching operation of the switching power supply as the LED supply voltage source is also turned off in synchronization. As described above, in Patent Document 1, power consumption during standby is reduced by turning on / off the switching power supply in synchronization with the PWM signal.
図4に、従来技術の定電流電源装置の回路構成図を示す。
また、図5は、図4の従来技術の定電流電源装置の動作を説明するための波形図であり、(a)はPWM信号、(b)は電源ラインの出力電圧、(c)はLEDアレイ2を流れるLED電流、(d)はLED駆動信号、(e)は誤差信号FBをそれぞれ示している。
図5を参照すると、時刻t0にPWM信号が入力されると、PWM信号に同期したLED駆動信号も出力され、1次側から2次側に電力が供給されて出力電圧が立ち上がる。時刻t1で出力電圧がLEDアレイ2に電流が流れ始める順方向降下電圧VFに到達すると、LED電流が流れ初める。そして時刻t2で出力電圧が所定の電圧に到達以降は、LEDアレイ2が定電流で駆動されることになる。
FIG. 4 shows a circuit configuration diagram of a conventional constant current power supply device.
FIG. 5 is a waveform diagram for explaining the operation of the conventional constant current power supply device of FIG. 4, wherein (a) is a PWM signal, (b) is an output voltage of the power supply line, and (c) is an LED. The LED current flowing through the
Referring to FIG. 5, when a PWM signal is input at time t0, an LED drive signal synchronized with the PWM signal is also output, power is supplied from the primary side to the secondary side, and the output voltage rises. When the output voltage reaches the forward voltage drop VF at which the output voltage starts to flow through the
しかしながら、従来技術では、PWM信号に同期させてスイッチング電源をオン/オフ動作させるため、電源起動時の立ち上がりシーケンスにおいても、LED駆動信号がHレベルとなるLEDを点灯するON期間のみスイッチング電源はオンとなり、1次側から2次側に電力が供給される。
従って、図5に示すように、電源起動時に光量が絞られてPWM信号のデューティ比が小さい場合には、スイッチング電源はオン期間が短くなるため、出力電圧の立ち上り時間が遅延し、規定のLED電流が流れてLEDが発光するまでに時間がかかってしまうという問題点があった。
なお、特許文献1のように、非絶縁方式の昇圧型チョッパー型のスイッチング電源では、入力電圧をかさ上げして出力電圧を得るので、入力電圧と出力電圧との差分により立ち上がり時間の遅延は短くなる場合があるが、絶縁方式のDC−DCコンバータのスイッチング電源では、出力電圧が必ず0Vから立ち上がるので、出力電圧の立ち上り時間の遅延が顕著になる。
However, in the prior art, since the switching power supply is turned on / off in synchronization with the PWM signal, the switching power supply is turned on only during the ON period in which the LED whose driving signal is at the H level is lit even in the startup sequence at the time of power activation. Thus, power is supplied from the primary side to the secondary side.
Therefore, as shown in FIG. 5, when the light amount is reduced at the time of starting the power supply and the duty ratio of the PWM signal is small, the switching power supply has a short ON period, so that the rise time of the output voltage is delayed and the prescribed LED There is a problem that it takes time until the LED emits light when current flows.
Note that, as disclosed in Patent Document 1, in a non-insulated step-up chopper type switching power supply, an output voltage is obtained by raising an input voltage, and therefore a delay in rise time is short due to a difference between the input voltage and the output voltage. However, in the switching power supply of the insulation type DC-DC converter, the output voltage always rises from 0V, so that the delay of the rise time of the output voltage becomes remarkable.
また、PWM信号のデューティ比に応じて、スイッチング電源はオン期間が変化するため、出力電圧立ち上り時間が定まらず、規定のLED電流が流れてLEDが発光するまでの時間にバラツキが生じてしまう。 Further, since the ON period of the switching power supply changes according to the duty ratio of the PWM signal, the output voltage rise time is not determined, and the time until the LED emits light due to the specified LED current flowing varies.
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、従来技術の問題を解決し、電源起動時に光量が絞られてPWM信号のデューティ比が小さい場合にも、出力電圧の立ち上げを速やかに行うことができる定電流電源装置を提供することにある。 The object of the present invention is to solve the problems of the prior art in view of the above problems, and to quickly raise the output voltage even when the light amount is reduced and the duty ratio of the PWM signal is small at power-on. An object of the present invention is to provide a constant current power supply device that can be used.
本発明の定電流電源装置は、負荷をオン/オフ駆動する外部パルス信号に同期させて負荷に電力を供給すると共に、2次側に供給された電力を用いて負荷を設定された定電流で駆動する定電流電源装置であって、
負荷を流れる電流を検出する負荷電流検出手段と、
負荷電流検出手段によって検出された負荷電流と予め設定された第2基準値とを比較して差分の信号を出力する誤差信号生成手段を具備し、
起動時には、負荷電流が第2基準値に到達するまで、外部パルス信号に拘わらず、第1の補充期間の間、誤差信号生成手段からの差分の信号に基づき負荷に電力を供給させ、
負荷電流が第2基準値に到達後は、外部パルス信号に拘わらず第1の補充期間より短い第2の補充期間の間、負荷電流比較手段からの差分の信号に基づき負荷に電力を供給させる補充期間生成手段を備えることを特徴とする。
また、本発明の定電流電源装置においては、補充期間は、パルス信号のON期間の終了のタイミングをトリガとして生成された所定の期間であることを特微とする。
The constant current power supply device according to the present invention supplies power to the load in synchronization with an external pulse signal for driving the load on / off, and at a constant current in which the load is set using the power supplied to the secondary side. A constant current power supply device for driving,
Load current detection means for detecting the current flowing through the load;
An error signal generating means for comparing the load current detected by the load current detecting means with a preset second reference value and outputting a difference signal;
During startup, until the load current reaches the second reference value, the load is supplied with power based on the difference signal from the error signal generating means during the first replenishment period, regardless of the external pulse signal,
After the load current reaches the second reference value, power is supplied to the load based on the difference signal from the load current comparison means for a second replenishment period shorter than the first replenishment period regardless of the external pulse signal. A replenishment period generation unit is provided.
In the constant current power supply device of the present invention, the replenishment period is a predetermined period generated by using the end timing of the ON period of the pulse signal as a trigger.
次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。 Next, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
(実施の形態)
図1に、本発明に係る定電流電源装置の実施の形態の回路構成を示す回路構成図を示す。
第1の実施の形態の定電流電源装置は、図1に示すように、整流回路DBと、平滑コンデンサC1と、コントローラ1と、N型のMOSFET(以下、NMOSと称す)Q1と、抵抗R1と、トランスTと、整流ダイオードD1と、平滑コンデンサC2と、抵抗R2と、NMOSQ2と、差動増幅器OTAと、サンプルアンドホールド回路SH2と、基準電圧Vref1と、基準電圧Vref2と、シャントレギュレータZ1と、オン発生回路5と、比較器CPと、オア(OR)回路ORと、インバータINV1と、P型のMOSFET(以下、PMOSと称す)Q3と、フォトダイオードPCD及びフォトトランジスタPCTRで構成されるフォトカプラとを備え、LEDアレイ2を定電流Isで駆動するように構成されている。
なお、第1の実施の形態の定電流電源装置において、図4に示す従来の定電流電源装置と同一の構成については同一符号を付与して説明を省略する。
(Embodiment)
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing a circuit configuration of an embodiment of a constant current power supply device according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the constant current power supply according to the first embodiment includes a rectifier circuit DB, a smoothing capacitor C1, a controller 1, an N-type MOSFET (hereinafter referred to as NMOS) Q1, and a resistor R1. , Transformer T, rectifier diode D1, smoothing capacitor C2, resistor R2, NMOS Q2, differential amplifier OTA, sample and hold circuit SH2, reference voltage Vref1, reference voltage Vref2, and shunt regulator Z1 , An
In the constant current power supply device of the first embodiment, the same components as those of the conventional constant current power supply device shown in FIG.
整流回路DBの交流入力端子ACin1、ACin2には商用交流電源ACが接続され、商用交流電源ACから入力された交流電圧が全波整流されて整流回路DBから出力される。整流回路DBの整流出力負極端子は、スイッチング素子であるN型のMOSFET(以下、NMOSと称す)Q1のソース端子が接続され、NMOSQ1のドレイン端子はトランスTの一次巻線Pを介して整流回路DBの整流出力正極端子に接続されている。また、NMOSQ1のゲート端子は1次側制御回路Cont1に接続され、1次側制御回路Cont1によってNMOSQ1がオン/オフ制御される。NMOSQ1のオン/オフ制御により、整流回路DBと平滑コンデンサC1とで整流平滑された直流電源がトランスTの一次巻線Pに印加される。 A commercial AC power supply AC is connected to the AC input terminals ACin1 and ACin2 of the rectifier circuit DB, and the AC voltage input from the commercial AC power supply AC is full-wave rectified and output from the rectifier circuit DB. The negative terminal of the rectifier output DB of the rectifier circuit DB is connected to the source terminal of an N-type MOSFET (hereinafter referred to as NMOS) Q1, which is a switching element, and the drain terminal of the NMOS Q1 is connected to the rectifier circuit via the primary winding P of the transformer T. It is connected to the rectified output positive terminal of DB. The gate terminal of the NMOS Q1 is connected to the primary side control circuit Cont1, and the NMOS Q1 is controlled to be turned on / off by the primary side control circuit Cont1. A DC power source rectified and smoothed by the rectifier circuit DB and the smoothing capacitor C1 is applied to the primary winding P of the transformer T by the on / off control of the NMOS Q1.
トランスTには、NMOSQ1がオンしている時に磁気エネルギーが蓄えられ、NMOSQ1がオフしているときに蓄えられた磁気エネルギーがトランスTの二次巻線Sから電力として放出される。トランスTの二次巻線Sの両端子間には、整流ダイオードD1を介して平滑コンデンサC2が接続され、トランスTの二次巻線Sから放出された電力は、整流ダイオードD1と平滑コンデンサC2により整流平滑される。なお、平滑コンデンサC2の正極端子に接続されているラインが出力電圧V0の電源ラインとなり、平滑コンデンサC2の負極端子が接続されたラインは接地端子に接続されたGNDラインとなる。 The transformer T stores magnetic energy when the NMOS Q1 is turned on, and the magnetic energy stored when the NMOS Q1 is turned off is released as electric power from the secondary winding S of the transformer T. A smoothing capacitor C2 is connected between both terminals of the secondary winding S of the transformer T via a rectifier diode D1, and the electric power discharged from the secondary winding S of the transformer T is supplied to the rectifier diode D1 and the smoothing capacitor C2. Is rectified and smoothed. The line connected to the positive terminal of the smoothing capacitor C2 is a power supply line for the output voltage V0, and the line connected to the negative terminal of the smoothing capacitor C2 is a GND line connected to the ground terminal.
n個(nは任意の自然数を示す)のLED21〜2nが直列接続されてなるLEDアレイ2が外部装置から調光される駆動対象の負荷として用いられる。LEDアレイ2と、NMOSQ2と、抵抗R2とが電源ラインとGNDラインとの間に直列に接続されている。LEDアレイ2のアノード側端子が電源ラインに接続され、LEDアレイ2のカソード側端子にNMOSQ2のドレイン端子が接続され、NMOSQ2のソース端子が抵抗R2を介してGNDラインに接続されている。
An
抵抗R2、差動増幅器OTA、サンプルアンドホールド回路SH2、基準電圧Vref1、コンデンサC3、及びシャントレギュレータZ1は、LEDアレイ2を流れる出力電流ILに対応する誤差信号FBを生成する誤差信号生成回路として機能する。また、フォトダイオードPCD及びフォトトランジスタPCTRで構成されるフォトカプラは、誤差信号生成回路で生成された誤差信号FBを2次側から1次側コントローラ1へ帰還するフィードバック回路として機能する。
さらに、コントローラ1は、フィードバック回路を介して帰還された誤差信号FBに基づいて1次側から2次側への電力供給を制御する制御回路として機能する。誤差信号FBがコントローラ1のFb端子に入力されることで、コントローラ1は1次側から2次側負荷への電力の供給を開始させ、フォトトランジスタPCTRで受光した誤差信号FBがなくなることで、コントローラは1次側から2次側負荷への電力供給を停止する。
また、オン発生回路5、オア(OR)回路OR、インバータINV1、PMOSQ3、電圧比較器CP、基準電圧Vref2、及び抵抗R2は、誤差信号FBが1次側へ帰還される期間を制限するので、電力供給期間の制限回路として機能する。
さらに、電圧比較器CPはオン発生回路5が発生する補充期間を長い期間tsと短い期間tnとに切換える回路として機能する。これは、LEDアレイ2に流れる電流ILが予め決められた電流まで達していない場合、補充される期間を長い期間tsに切換えることで、1次側から2次側へ供給される電力を増加させて、起動時の出力電圧VOの立ち上がり時間を早めることができる。従って、電力供給期間の制限回路は補充期間生成手段と言い換えることができる。
The resistor R2, the differential amplifier OTA, the sample and hold circuit SH2, the reference voltage Vref1, the capacitor C3, and the shunt regulator Z1 function as an error signal generation circuit that generates an error signal FB corresponding to the output current IL flowing through the
Furthermore, the controller 1 functions as a control circuit that controls power supply from the primary side to the secondary side based on the error signal FB fed back via the feedback circuit. By inputting the error signal FB to the Fb terminal of the controller 1, the controller 1 starts supplying power from the primary side to the secondary side load, and the error signal FB received by the phototransistor PCTR disappears. The controller stops power supply from the primary side to the secondary side load.
Further, the
Further, the voltage comparator CP functions as a circuit that switches the replenishment period generated by the
図1に示すように、NMOSQ2のソース端子と抵抗R2との接続点が差動増幅器OTAの反転入力端子に接続されており、差動増幅器OTAの非反転入力端子は基準電圧Vref1の正極端子に接続されている。差動増幅器OTAは非反転入力端子に入力された基準電圧Vref1と反転入力端子に入力された抵抗R2に発生する電圧との差電圧を電流に変換して出力する。これにより、差動増幅器OTAからはLEDアレイ2を流れる出力電流ILに比例した電流が出力されることになる。
差動増幅器OTAの出力端子はサンプルアンドホールド回路SH2を介して、シャントレギュレータZ1の制御端子aに接続されている。サンプルアンドホールド回路SH2のオンオフ端子は、NMOSQ2のゲート端子と共に外部からのPWM信号端子に接続されている。
As shown in FIG. 1, the connection point between the source terminal of the NMOS Q2 and the resistor R2 is connected to the inverting input terminal of the differential amplifier OTA, and the non-inverting input terminal of the differential amplifier OTA is connected to the positive terminal of the reference voltage Vref1. It is connected. The differential amplifier OTA converts the difference voltage between the reference voltage Vref1 input to the non-inverting input terminal and the voltage generated at the resistor R2 input to the inverting input terminal into a current and outputs the current. As a result, a current proportional to the output current IL flowing through the
The output terminal of the differential amplifier OTA is connected to the control terminal a of the shunt regulator Z1 via the sample and hold circuit SH2. The on / off terminal of the sample and hold circuit SH2 is connected to the PWM signal terminal from the outside together with the gate terminal of the NMOS Q2.
また、PWM信号端子はオア(OR)回路ORの一方の入力端子に接続されていると共に、オン発生回路5にも接続され、オン発生回路5の出力を介してオア(OR)回路ORの他方の入力端子に接続されている。また、オア(OR)回路ORの出力端子はインバータINV1を介してPMOSQ3のゲート端子に接続されている。
ここで、オン発生回路5は、PWM信号のダウンエッジに基づいて補充期間を生成するための回路であり、PWM信号のON期間と、オン発生回路5で生成された補充期間との論理和によってPMOSQ3がオン/オフ制御される。
Further, the PWM signal terminal is connected to one input terminal of an OR circuit OR and is also connected to the
Here, the on
シャントレギュレータZ1のアノードはGNDラインに接続され、シャントレギュレータZ1のカソードはPMOSQ3のドレイン端子に接続されている。そして、PMOSQ3のソース端子はフォトカプラを構成するフォトダイオードPCDのカソードに接続され、フォトダイオードPCDのアノードは外部補助電源Vccに接続されている。 The anode of the shunt regulator Z1 is connected to the GND line, and the cathode of the shunt regulator Z1 is connected to the drain terminal of the PMOS Q3. The source terminal of the PMOS Q3 is connected to the cathode of the photodiode PCD constituting the photocoupler, and the anode of the photodiode PCD is connected to the external auxiliary power supply Vcc.
また、NMOSQ2のソース端子と抵抗R2との接続点には、電圧比較器CPの反転入力端子に接続されており、電圧比較器CPの非反転入力端子には基準電圧Vref2の正極端子に接続されている。基準電圧Vref2は、基準電圧Vref1よりも低い電圧が設定されている。
電圧比較器CPは非反転入力端子に入力された基準電圧Vref2と反転入力端子に入力された抵抗R2に発生する電圧とを比較して、LEDアレイ2を流れる出力電流ILに相当する抵抗R2の電圧降下が基準電圧Vref2以上であるかをオン発生回路5のDフリップフロップ論理回路DFFへ出力する。これは、電圧比較器CPは、LEDアレイ2を流れる出力電流ILの値が基準電圧Vref2に達した時にLレベル信号を出力することになる。
オン発生回路5は電圧比較器CPの出力電圧信号により補充期間を長い期間tsか短い期間tnに切り替えるが、出力電流ILの値が基準電圧Vref2に相当する電流に達した時に補充期間を短い期間tnに切り替える。
The connection point between the source terminal of the NMOS Q2 and the resistor R2 is connected to the inverting input terminal of the voltage comparator CP, and the non-inverting input terminal of the voltage comparator CP is connected to the positive terminal of the reference voltage Vref2. ing. The reference voltage Vref2 is set to a voltage lower than the reference voltage Vref1.
The voltage comparator CP compares the reference voltage Vref2 input to the non-inverting input terminal with the voltage generated at the resistor R2 input to the inverting input terminal, and the resistance R2 corresponding to the output current IL flowing through the
The on-
図2は、オン発生回路5を示す回路構成図である。オン発生回路5は、Dフリップフロップ論理回路DFF、NMOSQ4、インバータINV2、コンデンサC3、抵抗R3、R4、及びPMOSQ5からなる。
NMOSQ4のゲートは、Dフリップフロップ論理回路DFFのクロック入力端子と接続され、PWM信号が入力される。Dフリップフロップ論理回路DFFのD入力端子は電圧比較器CPの出力端子に接続され、出力端子Qは、PMOSQ5のゲート端子に接続される。
また、PMOSQ5のソース端子と抵抗R3の一方の端子が別電源+Vccに接続され、PMOSQ5とPMOSQ5のドレイン端子に接続された抵抗R4との直列回路が抵抗R3と並列接続されている。NMOSQ4のドレインとインバータINV2の入力端子が接続され、前記接続点に抵抗R3と抵抗R4の他方の端子とが接続され、かつ、コンデサC3の一方の端子が接続される。コンデンサC3の他方の端子はGNDへ接地されている。インバータINV2の出力端子は、オン発生回路5の出力端子となって、オア(OR)回路ORの一方の端子へ接続される。
FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing the
The gate of the NMOS Q4 is connected to the clock input terminal of the D flip-flop logic circuit DFF, and receives the PWM signal. The D input terminal of the D flip-flop logic circuit DFF is connected to the output terminal of the voltage comparator CP, and the output terminal Q is connected to the gate terminal of the PMOS Q5.
Further, the source terminal of the PMOS Q5 and one terminal of the resistor R3 are connected to another power source + Vcc, and a series circuit of the resistor Q4 connected to the drain terminal of the PMOS Q5 and the PMOS Q5 is connected in parallel to the resistor R3. The drain of the NMOS Q4 and the input terminal of the inverter INV2 are connected, the resistor R3 and the other terminal of the resistor R4 are connected to the connection point, and one terminal of the capacitor C3 is connected. The other terminal of the capacitor C3 is grounded to GND. The output terminal of the inverter INV2 becomes the output terminal of the on
オン発生回路5は、PWM信号のダウンエッジでON信号を発生して、入力されるPWM信号のパルス幅を拡張する機能を備える。オン発生回路5の詳細な動作は以下のようになる。
The
PWM信号のパルス波形のダウンエッジがDフリップフロップ論理回路DFFのクロック端子に入力されると、D入力端子電圧レベルが出力端子Qから出力される。
D入力端子電圧レベルがHレベルの場合には、PMOSQ5はオフ状態になる。ここで、PWM信号がダウンエッジのためLレベルにあるので、NMOSQ4はオフ状態にあり、コンデンサC3には抵抗R3を介して電源電圧+Vccが充電され、コンデンサC3と抵抗R3との時定数の間、インバータINV2の出力からHレベル信号が出力される。すなわち、PWM信号のダウンエッジから、コンデンサC3と抵抗R3とによる時定数(ts)の期間にインバータINV2の出力からHレベル信号が出力されることになる。
When the down edge of the pulse waveform of the PWM signal is input to the clock terminal of the D flip-flop logic circuit DFF, the D input terminal voltage level is output from the output terminal Q.
When the D input terminal voltage level is H level, the PMOS Q5 is turned off. Here, since the PWM signal is at the L level because of the down edge, the NMOS Q4 is in the OFF state, the capacitor C3 is charged with the power supply voltage + Vcc via the resistor R3, and the time constant between the capacitor C3 and the resistor R3 is reached. The H level signal is output from the output of the inverter INV2. That is, an H level signal is output from the output of the inverter INV2 during the time constant (ts) of the capacitor C3 and the resistor R3 from the down edge of the PWM signal.
Dフリップフロップ論理回路DFFのD入力端子電圧レベルがLレベルの場合に、PWM信号のダウンエッジがDフリップフロップ論理回路DFFのクロック端子に入力されると、出力QはLレベルとなり、PMOSQ5はオン状態になる。また、NMOSQ4は、PWM信号のダウンエッジによりオフ状態になっている。
従って、抵抗R4は、抵抗R3と並列接続され、電源電圧+Vccを抵抗R3と抵抗R4との合成抵抗でコンデンサC3を充電開始する。すなわち、PWM信号のダウンエッジから、コンデンサC3と抵抗R3と抵抗R4との合成抵抗とによる時定数(t
n)の期間にインバータINV2の出力からHレベル信号が出力されることになる。
When the D input terminal voltage level of the D flip-flop logic circuit DFF is L level, when the PWM signal down edge is input to the clock terminal of the D flip-flop logic circuit DFF, the output Q becomes L level and the PMOS Q5 is turned on. It becomes a state. The NMOS Q4 is turned off by the down edge of the PWM signal.
Accordingly, the resistor R4 is connected in parallel with the resistor R3, and starts charging the capacitor C3 with the combined resistance of the resistor R3 and the resistor R4 with the power supply voltage + Vcc. That is, from the down edge of the PWM signal, the time constant (t by the combined resistance of the capacitor C3, the resistor R3, and the resistor R4)
In the period n), an H level signal is output from the output of the inverter INV2.
ここで、Dフリップフロップ論理回路DFFのD入力端子は、電圧比較器CPの出力に接続されているので、LED電流ILが所定の値未満である場合には、Hレベルの信号が入力されることになる。
この場合には、PWM信号がダウンエッジ時のDフリップフロップ論理回路DFFのQ出力電圧は入力と同じHレベルとなるので、PMOSQ5はオフ状態になる。すなわち、抵抗3とコンデンサC4とによる時定数回路になり、長い時定数(ts)が形成される。
また、LED電流ILが所定の値以上である場合には、Lレベルの信号が入力されることになるので抵抗3と抵抗R4との合成抵抗とコンデンサC4とによる時定数回路になり、短い時定数(tn)が形成される。
上述のように、電圧比較器CPの出力に応じて、オン発生回路5から長いパルス(ts)と短いパルス(tn)を切換えて出力される。
Here, since the D input terminal of the D flip-flop logic circuit DFF is connected to the output of the voltage comparator CP, an H level signal is input when the LED current IL is less than a predetermined value. It will be.
In this case, since the Q output voltage of the D flip-flop logic circuit DFF is the same H level as the input when the PWM signal is at the down edge, the PMOS Q5 is turned off. That is, a time constant circuit is formed by the resistor 3 and the capacitor C4, and a long time constant (ts) is formed.
When the LED current IL is greater than or equal to a predetermined value, an L level signal is input, so that a time constant circuit is formed by the combined resistance of the resistor 3 and the resistor R4 and the capacitor C4. A constant (tn) is formed.
As described above, a long pulse (ts) and a short pulse (tn) are switched and output from the
オア(OR)回路ORの他方の端子にはオン発生回路5の出力が接続され、オア(OR)回路ORの一方の端子にはPWM信号が入力されている。従って、オア(OR)回路ORの出力は、両端子の信号のオアとなるので、PWM信号のパルス幅に対して、上記の時定数(ts)または(tn)の期間を補充した出力をする。
すなわち、オン発生回路5で生成された時定数期間(ts)または(tn)は補充期間と言い換えることができる。
The output of the
That is, the time constant period (ts) or (tn) generated by the
以上の構成によれば、PWM信号のHレベル期間はサンプルアンドホールド回路SH2がオン状態となり、基準電圧Vref1と抵抗R2に発生する電圧との差電圧に応じた電流が差動増幅器OTAから出力され、出力電流ILに応じた誤差信号電圧がシャントレギュレータZ1の制御端子aに入力される。
また、PMOSQ3がオン状態であるので、シャントレギュレータZ1の制御端子aの電圧に応じた電流、すなわち出力電流ILに対応した電流IFがフォトダイオードPCDを流れ、当該電流が誤差信号FBとしてフォトダイオードPCDからフォトトランジスタPCTRに出力される。PMOSQ3がオン状態となるのは、インバータINV1の出力がLレベル、すなわち、オア(OR)回路OR出力がHレベル状態であり、誤差信号FBが帰還される期間は、PWM信号のオン期間と、オン発生回路5で生成された補充期間との論理和に制限させることになる。
According to the above configuration, the sample and hold circuit SH2 is turned on during the H level period of the PWM signal, and a current corresponding to the difference voltage between the reference voltage Vref1 and the voltage generated in the resistor R2 is output from the differential amplifier OTA. An error signal voltage corresponding to the output current IL is input to the control terminal a of the shunt regulator Z1.
Further, since the PMOS Q3 is in the ON state, a current corresponding to the voltage of the control terminal a of the shunt regulator Z1, that is, a current IF corresponding to the output current IL flows through the photodiode PCD, and the current is used as the error signal FB. To the phototransistor PCTR. The PMOS Q3 is turned on because the output of the inverter INV1 is at the L level, that is, the OR circuit OR output is at the H level, and the error signal FB is fed back during the PWM signal on period, The logical sum with the replenishment period generated by the
フォトトランジスタPCTRのコレクタ端子はコントローラ1のフィードバック入力端子Fbに接続され、フォトトランジスタPCTRのエミッタ端子は接地端子に接続されている。フォトトランジスタPCTRでは、フォトダイオードPCDからの誤差信号FBが受光されると、受光された誤差信号FBに応じた電流が流れ、コントローラ1に伝達される。これにより、コントローラ1は、誤差信号FBに応じたパルス幅のPWM信号を生成することで、NMOSQ1をオン/オフ制御して、1次側から2次側負荷に必要な電力を供給し、負荷であるLEDアレイ2が定電流Isで駆動されるように構成される。
The collector terminal of the phototransistor PCTR is connected to the feedback input terminal Fb of the controller 1, and the emitter terminal of the phototransistor PCTR is connected to the ground terminal. In the phototransistor PCTR, when the error signal FB from the photodiode PCD is received, a current corresponding to the received error signal FB flows and is transmitted to the controller 1. As a result, the controller 1 generates a PWM signal having a pulse width corresponding to the error signal FB, thereby controlling the NMOS Q1 on / off to supply necessary power from the primary side to the secondary side load. The
図3は、第1の実施の形態の定電流電源装置の起動時の立ち上がりシーケンスを示したもので、(a)はNMOSQ2を駆動するPWM信号、(a’)はオン発生回路5から出力される補充期間であるON信号、(b)はLEDアレイ2を流れる出力電流IL、(c)は2次側から1次側にフィードバックされる誤差信号FB、(d)は平滑コンデンサC2の両端子間の出力電圧VO、(e)はNMOSQ1を流れる出力電流IDPをそれぞれ示している。
また、PWM信号は、調光が暗めに設定されてPWM信号のON期間が比較的短い期間を示している。
FIG. 3 shows a rising sequence when the constant current power supply device according to the first embodiment is started. (A) is a PWM signal for driving the NMOS Q2, and (a ′) is output from the on-
The PWM signal indicates a period in which dimming is set to be dark and the ON period of the PWM signal is relatively short.
図3(a)に示すように、時刻T1においてPWM信号が立ち上がると、PMOSQ3がオン状態となると共に、サンプルアンドホールド回路SH2がオン状態となる。これにより、出力電流ILに応じた電流が誤差信号FBとして2次側から1次側に帰還される状態となるが、フィードバック制御の時間遅れにより、図3(c)に示すように、時刻T2までは誤差信号FBが2次側から1次側に帰還されない。
時刻T2より誤差信号FBが帰還され、1次側制御回路Cont1を介してNMOSQ1がスイッチング動作を開始させる。
また、図3(a)のPWM信号に、図3(a’)に示すON信号がオン発生回路5から出力され、2次側から1次側にフィードバックされる誤差信号FBの期間をT3〜T4期間のts期間補充する。
As shown in FIG. 3A, when the PWM signal rises at time T1, the PMOS Q3 is turned on and the sample and hold circuit SH2 is turned on. As a result, the current corresponding to the output current IL is fed back as the error signal FB from the secondary side to the primary side. However, due to the time delay of the feedback control, as shown in FIG. Until the error signal FB is not fed back from the secondary side to the primary side.
The error signal FB is fed back from time T2, and the NMOS Q1 starts a switching operation via the primary side control circuit Cont1.
In addition, the PWM signal in FIG. 3A includes a period of the error signal FB from which the ON signal shown in FIG. 3A ′ is output from the
NMOSQ1のスイッチング動作が開始されると、1次側から2次側に電力が供給されて平滑コンデンサC2に電荷が蓄積され、図3(d)に示すように、出力電圧VOが立ち上がる。立ち上がった出力電圧VOが時刻T5でLEDアレイ2に電流が流れ始める順方向降下電圧VFに到達すると、図3(c)に示すように、PWM信号に同期してLED電流ILが流れ始め、時刻T9において定電流Isに達する。
When the switching operation of the NMOS Q1 is started, electric power is supplied from the primary side to the secondary side, electric charges are accumulated in the smoothing capacitor C2, and the output voltage VO rises as shown in FIG. When the output voltage VO that has risen reaches the forward drop voltage VF at which current starts to flow in the
ここで、図3(a’)に示すように、時刻T1〜T7の期間のON信号のパルス幅Tsは、時刻T8以降のON信号のパルス幅Tnと比較して長いパルス幅となっている。これは、時刻T5〜T6期間のLEDアレイ2に流れる出力電流ILが、定電流Isに達していないため、PWM信号のパルス幅に関わらず、出力電圧VOを急峻に立ち上げさせる。
この詳細な動作は、電圧比較器CPにより、LEDアレイ2に流れる電流を検出する抵抗R2の電圧降下を基準電圧Vref2と比較して、抵抗R2の電圧降下が基準電圧Vref2を下回っている場合には、スイッチStdを介してオン発生回路5へHレベルの信号を出力して、オン発生回路5から長い補充期間Tsを発生させる。
また、基準電圧Vref2は、基準電圧Vref1の90%前後の値に設定することが好ましい。
Here, as shown in FIG. 3 (a ′), the pulse width Ts of the ON signal in the period from time T1 to T7 is longer than the pulse width Tn of the ON signal after time T8. . This is because the output current IL flowing through the
This detailed operation is performed when the voltage drop of the resistor R2 for detecting the current flowing through the
The reference voltage Vref2 is preferably set to a value around 90% of the reference voltage Vref1.
時刻T8において、図3(b)に示すLEDアレイ2に流れる出力電流ILは、基準電圧Vref2に相当する電流を超えているので、電圧比較器CPの出力はLレベルとなり、スイッチStdをts側からtn側へ切替え、オン発生回路5から短い補充期間Tnを発生させる。これにより、図3(e)に示すように、NMOSQ1のスイッチング動作期間は短くなるが、時刻T9において、出力電流ILは、定電流Isに達する。
At time T8, the output current IL flowing through the
時刻T9以降の定常動作状態は、オン発生回路5から補充期間Tnが発生され、PWM信号のパルス幅に対して補充期間Tn分誤差信号FBが出力される(時刻T13〜T14など)。この補充期間Tn動作により、PWM信号のオフ期間の出力電圧VOは、定格電圧よりもわずかに高い電圧を保持する。
In the steady operation state after time T9, the replenishment period Tn is generated from the
オン発生回路5は、入力されたトリガに対して予め設定されたパルス幅のワンショットパルスを発生させる回路であり、図3(a’)に示すように、PWM信号のダウンエッジ、すなわちPWM信号のON期間の終了のタイミングをトリガとして、補充期間となる予め設定されたパルス幅(tsまたはtn)のパルスが生成されるON信号を出力する。これにより、PWM信号のON期間と、当該PWM信号のON期間に引き続くパルス幅の補充期間に、PMOSQ3がオン状態となる。
従って、図3(a)に示すように、時刻T9や時刻T13でPWM信号が立ち下がると、サンプルアンドホールド回路SH2はホールド状態となるが、PMOSQ3は、パルス幅Tnの期間、すなわち時刻T9〜T10や時刻T13〜T14の期間は、ON状態に維持される。当該期間は、サンプルアンドホールド回路SH2がホールド状態となるため、PWM信号のダウンエッジ時の電圧が維持されて、図3(c)に示すように、2次側から1次側に誤差信号FBが帰還される。
これにより、平滑コンデンサC2に1次側から電力が供給されることになるが、PWM信号が立ち下がって、LEDアレイ2が駆動されていないため、供給された電力が平滑コンデンサC2に蓄積される。
時刻T9〜T10や時刻T13〜T14の期間に平滑コンデンサC2に蓄積される電力によって、時刻T9や時刻T14の時点で、図3(d)に示すように、出力電圧VO(実線)が定格電圧(点線)よりΔV分高くなるように構成されている。
換言するならば、PWM信号のオン時間に引き続くパルス幅Tnの期間で、次回のPWM信号の立ち上がりにおけるフィードバック制御の時間遅れの期間にLEDアレイ2の駆動に消費される電力が平滑コンデンサC2に1次側から供給される。
従って、PWM信号のオン時間において、出力電圧VOがほぼ定格電圧に、出力電流ILがほぼ定電流Isにそれぞれ維持されることになり、フィードバック制御に時間遅れが発生する実施の形態の回路構成であっても、負荷であるLEDアレイ2を定電流Isで駆動することができるという効果を奏する。
The on-
Therefore, as shown in FIG. 3A, when the PWM signal falls at time T9 or time T13, the sample and hold circuit SH2 is in the hold state, but the PMOS Q3 is in the period of the pulse width Tn, that is, from time T9 to time T9. The period of time T10 and times T13 to T14 is maintained in the ON state. During this period, since the sample and hold circuit SH2 is in the hold state, the voltage at the down edge of the PWM signal is maintained, and the error signal FB from the secondary side to the primary side as shown in FIG. Will be returned.
As a result, power is supplied to the smoothing capacitor C2 from the primary side. However, since the PWM signal falls and the
As shown in FIG. 3 (d), the output voltage VO (solid line) is the rated voltage at the time T9 or the time T14 by the electric power stored in the smoothing capacitor C2 during the time T9 to T10 or the time T13 to T14. It is configured to be higher by ΔV than (dotted line).
In other words, during the period of the pulse width Tn following the on-time of the PWM signal, the power consumed to drive the
Therefore, in the on-time of the PWM signal, the output voltage VO is maintained at approximately the rated voltage and the output current IL is maintained at approximately the constant current Is, and the circuit configuration of the embodiment in which time delay occurs in feedback control. Even if it exists, there exists an effect that the
なお、PWM信号のオン時間に引き続くパルス幅Tnの期間に平滑コンデンサC2に供給される電力と、PWM信号の立ち上がりにおけるフィードバック制御の時間遅れの期間に、LEDアレイ2の駆動に消費される電力とがほぼ同一であることが好ましいが、両者が多少異なっていてもPWM信号の立ち上がりにおける出力電流ILの低下を防止する効果を得ることができる。
The power supplied to the smoothing capacitor C2 during the period of the pulse width Tn following the on-time of the PWM signal, and the power consumed for driving the
以上のように、実施の形態によれば、抵抗R1による電圧降下によってLEDアレイ2を流れるLED電流ILを検出し、コンパレータCP1によって検出してLED電流ILに相当する抵抗R1の電圧降下と第2基準電圧Vref2とを比較することで、起動時に、LED電流ILに相当する抵抗R1の電圧降下が第2基準電圧Vref2に到達するまで、PWM信号に同期してオン発生回路5から長い補充期間Tsを発生させ、1次側から2次側に電力を供給させるように構成されている。この構成により、実施の形態は、電源起動時に光量が絞られてPWM信号のデューティ比が小さい場合にも、出力電圧V0の立ち上げを速やかに行うことができるという効果を奏する。
As described above, according to the embodiment, the LED current IL flowing through the
なお、上述の実施の形態では、n個(nは任意の自然数を示す)のLED21〜2nが直列接続されてなるLEDアレイ2を負荷として駆動する例を説明したが、1個のLEDでも良い。また、直流で駆動することができる負荷であれば、LEDに限定されることはない。
In the above-described embodiment, an example has been described in which the
なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is obvious that the embodiments can be appropriately changed within the scope of the technical idea of the present invention. In addition, the number, position, shape, and the like of the constituent members are not limited to the above-described embodiment, and can be set to a suitable number, position, shape, and the like in practicing the present invention. In each figure, the same numerals are given to the same component.
1 コントローラ
2 LEDアレイ
21〜2n LED
C1、C2 平滑コンデンサ
C3 コンデンサ
CP コンパレータ
DB 整流回路
INV1、INV2 インバータ回路
FF1 フリップフロップ回路
D1 整流ダイオード
OR オア(OR)回路
OTA 差動増幅器
PCD フォトダイオードカプラ
PCTR フォトトランジスタカプラ
Q1、Q2、Q4 MOSFET(NMOS)
Q3、Q5 MOSFET(PMOS)
R1、R2、R3、R4 抵抗
SH1、SH2 サンプルアンドホールド回路
T トランス
Vref1 第1基準電圧
Vref2 第2基準電圧(第2基準値)
Z1 シャントレギュレータ
DFF Dフリップフロップ論理回路
1
C1, C2 Smoothing capacitor C3 Capacitor CP Comparator DB Rectifier circuit INV1, INV2 Inverter circuit FF1 Flip-flop circuit D1 Rectifier diode OR OR circuit OTA Differential amplifier PCD Photodiode coupler PCTR Phototransistor coupler Q1, Q2, Q4 MOSFET (NMOS) )
Q3, Q5 MOSFET (PMOS)
R1, R2, R3, R4 Resistors SH1, SH2 Sample and hold circuit T Transformer Vref1 First reference voltage Vref2 Second reference voltage (second reference value)
Z1 shunt regulator DFF D flip-flop logic circuit
Claims (2)
前記負荷を流れる電流を検出する負荷電流検出手段と、
該負荷電流検出手段によって検出された前記負荷電流と予め設定された第2基準値とを比較して差分の信号を出力する誤差信号生成手段を具備し、
起動時には、前記負荷電流が前記第2基準値に到達するまで、前記外部パルス信号に拘わらず、第1の補充期間の間、前記誤差信号生成手段からの前記差分の信号に基づき負荷に電力を供給させ、
前記負荷電流が前記第2基準値に到達後は、前記外部パルス信号に拘わらず前記第1の補充期間より短い第2の補充期間の間、前記負荷電流比較手段からの前記差分の信号に基づき負荷に電力を供給させる補充期間生成手段を備えることを特徴とする定電流電源装置。 A constant current power supply device that supplies power to a load in synchronization with an external pulse signal that drives the load on / off, and that drives the load with a set constant current using the supplied power,
Load current detecting means for detecting a current flowing through the load;
An error signal generating means for comparing the load current detected by the load current detecting means with a preset second reference value and outputting a difference signal;
At start-up, power is supplied to the load based on the difference signal from the error signal generator during the first replenishment period, regardless of the external pulse signal, until the load current reaches the second reference value. Supply
After the load current reaches the second reference value, based on the difference signal from the load current comparing means during a second replenishment period shorter than the first replenishment period regardless of the external pulse signal. A constant current power supply apparatus comprising a replenishment period generating means for supplying power to a load.
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